HealthyPi 5 พร้อมเซนเซอร์วัดชีพจร, วัดอุณหภูมิร่างกาย, ECG, PPG, SpO₂ สามารถเชื่อมต่อ WiFi & BLE

HealthyPi 5 เป็นแพลตฟอร์มเซนเซอร์แบบ open-source สำหรับใช้วัดตรวจจับชีพหรือข้อมูลทางชีวภาพอื่นๆ โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ Raspberry Pi RP2040 และโมดูล WiFi & BLE ของ ESP32-C3 ที่ใช้ในการจับระบบชีพจร เช่น คลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ECG), การหายใจ photoplethysmography (PPG), ความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือด (SpO₂) และวัดอุณหภูมิร่างกาย

โดยมีการออกแบบใหม่ทั้งหมดของ HealthyPi v4 Raspberry Pi HAT พร้อมคุณสมบัติหลายอย่างที่เหมือนกัน, ส่วน HealthyPi 5 ยังใช้ form factor ของ Raspberry Pi HAT และสามารถเชื่อมต่อกับ Raspberry Pi SBC เพื่อวิเคราะห์ข้อมูล โดยที่การประมวลผลจะถูกจัดการโดยไมโครคอนโทรลเลอร์ dual-core Cortex-M0+ ของ RP2040 และการเชื่อมต่อผ่านโมดูลสื่อสารไร้สาย ESP32-C3 และแสดงผลข้อมูลบนหน้าจอ SPI ขนาด 3.5 นิ้ว หรือสมาร์ทโฟนผ่านการเชื่อมต่อ WiFi หรือ Bluetooth

สเปค HealthyPi 5:

MCU – ไมโครคอนโทรลเลอร์ Raspberry Pi RP2040 dual-core Arm Cortex-M0+ @ 133 MHz พร้อม 264 KB SRAM
โมดูลสื่อสารไร้สาย – โมดูล ESP32-C3 RISC-V พร้อมรองรับ 2.4 GHz WiFi 4 และ BLE
การจัดเก็บข้อมูล – ช่อง MicroSD card slot
เซนเซอร์
- MAX30001 analog front end สำหรับการวัดไฟฟ้าหัวใจและการหายใจ
- AFE4400 analog front end สำหรับ PPG และ SpO2
- MAX30205 temperature senso ผ่านพอร์ต Qwiic / I²C บนบอร์ด
USB
- 1x พอร์ต USB Type-C สำหรับการสื่อสารกับคอมพิวเตอร์และโปรแกรม RP2040
- 1x พอร์ต USB Type-C สำหรับโปรแกรมและดีบักโมดูล ESP32-C3
ส่วนขยาย – คอนเนกเตอร์ Raspberry Pi HAT 40 พินยังใช้เพื่อเชื่อมต่อโมดูลจอแสดงผลสีแบบทัชสกีน ขนาด 3.5 นิ้วที่มีความละเอียด 480 × 320
แหล่งจ่ายไฟ
- อินพุต/การชาร์จ – 5V ผ่านพอร์ต USB-C
- แบตเตอรี่ – การจัดการแบตเตอรี่ Li-Ion ในตัวพร้อมการชาร์จผ่าน USB
- การจัดพลังงานในตัวพร้อมการสลับโหมดอัตโนมัติระหว่างแบตเตอรี่และพลังงาน USB
ขนาด – 75.5 x 56 x 17 มม.

บริษัท Protocentral มีบอร์ดฐานสำหรับ HealthyPi 5 มีจุดเด่นดังนี้:

เชื่อมต่อกับ HealthyPi 5 ผ่านพอร์ต USB และ Pin-Header GPIO 40 ขา
USB power isolation (พิกัด IEC 60101-1 1kV)
USB data-line isolation (พิกัด IEC 60601-1 5 kV)
มีพอร์ต Qwiic ที่ป้องกันการไฟฟ้าสถิตย์ได้สูงถึง 5 ESD สำหรับการขยาย
ขนาด : 100 x 68 x 12 มม.

บริษัทฯ จัดหา Arduino firmware และโปรแกรมทดสอบสำหรับทั้งไมโครคอนโทรลเลอร์ RP2040 และ ESP32-C3 บน GitHub แต่ยังสามารถโปรแกรมแพลตฟอร์มด้วย MicroPython หรือใน C/C++ โดยใช้ Raspberry Pi Pico SDK สำหรับ RP2040 หรือ ESP-IDF SDK สำหรับ ESP32-C3

ProtoCentral ยังมีโปรแกรม GUI บนเดสก์ท็อป เพื่อกำหนดค่าอุปกรณ์ รับข้อมูลที่สตรีมผ่าน USB และแสดงผลข้อมูลหรือบันทึกลงในไฟล์ โปรแกรมยังรองรับการสตรีมข้อมูลผ่านระบบเครือข่ายภายใน (Local Network) โดยใช้ โปรโตคอล Lab Streaming Layer (LSL) และช่วยให้คุณสามารถนำเข้าข้อมูลได้ง่ายๆ เช่นเดียวกับ MATLAB หรือ Python โปรแกรมเขียนด้วย Processing และสามารถคอมไพล์โดยตรงสำหรับ Windows, Mac และ Linux ได้

ถ้าต้องการทำงานกับอุปกรณ์พกพา บริษัทฯ ยังพัฒนาแอพมือถือ HealthyPi 5 โดยใช้ภาษาการเขียนโปรแกรม Dart และเฟรมเวิร์ก Flutter เพื่อให้สามารถใช้งานกับ Android และ iOS ได้ แอปพลิเคชันนี้ใช้สำหรับการแสดงผลข้อมูลผ่านทาง Bluetooth แอปพลิเคชัน HealthyPi 5 สำหรับมือถืออาจจะมีใน Google Play Store และ Apple App Store ในอนาคต

ผังวงจร (schematics) EAGLE และ PCB layout สำหรับ PCB ทั้งหมด, สคริปต์ Python บางตัว และไฟล์ JAR สำหรับ GUI บนเดสก์ท็อป สามารถพบได้ใน GitHub บริษัทฯ แจ้งว่าซอร์สโค้ดสำหรับGUI บนเดสก์ท็อปและแอปพลิเคชันมือถือ HealthyPi 5 ต้องเข้า Repository นี้ แต่ในขณะที่เขียนบทความนี้ยัง ฉันไม่พบทั้งสองอย่าง

มีสี่วิธีหลักในการใช้งานบอร์ด HealthyPi 5:

เป็น standalone system ด้วยบอร์ดฐานและหน้าจอแสดงผลแบบทัชสกีนขนาด 3.5 นิ้ว
เป็น standalone system โดยส่งข้อมูลไปยังโฮสต์มือถือ (สมาร์ทโฟน แท็บเล็ต…) ผ่าน WiFi หรือ Bluetooth
เป็น Raspberry Pi HAT ที่มีคอมพิวเตอร์บอร์ดเดียวจัดการการประมวลผลและแสดงข้อมูล
เป็น USB data logger ที่เชื่อมต่อกับแล็ปท็อปหรือโฮสต์อื่น ๆ

โครงการนี้เปิดตัวบนแพลตฟอร์มการระดมทุน Crowd Supply โดยมีเป้าหมายการระดมทุน $1 (~34฿) เท่านั้น มีแพ็คเกจเริ่มต้นที่ราคา $275 (~9,000฿) สำหรับชุดอุปกรณ์พื้นฐาน HealthyPi 5 พร้อมเมนบอร์ด, สาย ECG, เครื่องวัด ECG electrodes, ตัววัด SpO2 และสายวัดเซนเซอร์อุณหภูมิ และสามารถมัดจำ $395 (~13,000฿) สำหรับชุด “HealthyPi 5 Complete Kit” ที่ประกอบเสร็จ มีเมนบอร์ด HealthyPi 5, โมดูลจอแสดงผล, บอร์ดฐาน, เคส 3D-printer และแบตเตอรี่ LiPo 3.7V/2000-mAh